JP6786748B2 - 船舶の操縦システム、船舶、及び船舶の操縦方法 - Google Patents

船舶の操縦システム、船舶、及び船舶の操縦方法 Download PDF

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Description

本発明は、左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶における船舶の操縦システム、船舶、及び船舶の操縦方法に関する。
定位置に留まって深海底調査を行う海洋観測船や海底堀削する特殊船などの船舶においては、波や風や潮流などに流されることなく、この船舶の船首方位や位置保持を行う必要があり、操船者の負担を軽くするために、自動定点保持システムが開発されてきている。
この自動定点保持システムで使用される船舶としては、例えば、船尾の2軸のプロペラと2つの舵(ラダー)に、船首のバウスラスタを組み合わせた船舶や、船尾のスタンスラスタと1軸のプロペラと1つの舵に、船首のバウスラスタを組み合わせた船舶などを使用して、前後制御力指令、横制御力指令および旋回力指令に基づいて推力配分を行って船の制御を行う自動方位設定方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、トンネル型バウスラスタとプロペラとフラップ付舵や大角度の舵切りができる特殊舵を備えた船舶で、ジョイスティック、回頭ダイヤルなどを用いて、定点保持モード、スタンバイモード、JOYモード、方位保持モードなど各モードで制御を行う1軸1舵バウスラスタ船の定点保持システムも提案されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、船首と船尾にそれぞれ設けられた2つのサイドスラスタと2軸2舵の船舶の定点保持制御装置も提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、これらの船舶においては、船首に設けられたバウスラスタを備えしており、バウスラスタを備えていない船舶では使用できず、また、バウスラスタを備えていても、船首近傍に配置された音響装置などの観測装置に対してバウスラスタの使用による影響が出るため、位置保持が必要な場合であっても、観測中はバウスラスタの使用が好ましくない状況では使用できないという問題がある。
一方、操船の目標値を簡便な操作により変更できるようにするために、ジョイスティック(ジョイスティックレバー)、回頭ダイヤル(旋回ダイヤル)などを用いて、船体の方位や船位などの目標値を変更することも行われている(例えば、特許文献2、4参照)。
特開2000−302098号公報 特開2009−241738号公報 特開2010−105551号公報 特開1997−104397号公報
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶の操縦システムにおいて、比較的簡単な操縦操作により、高度な操縦性を発揮できる、船舶の操縦システム、船舶、及び船舶の操縦方法を提供することにある。
上記のような目的を達成するための船舶の操縦システムは、左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶の操縦システムにおいて、一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力の差により船舶の前後方向の推進力を得ると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントを、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントで相殺することで、船舶の回頭を回避しながら、船舶を前記一方の舷側側に移動させる並進制御と、一方の舷側の推進システムの後進力を他方の舷側の推進システムの前進力で相殺することで、船舶の前後方向の推進力をゼロにすると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と前記他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントに、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントを加えて、船舶の旋回方向の回頭モーメントを得て、船舶の船首を前記一方の舷側の方向に向かってその場回頭させるその場回頭制御との少なくとも一方の制御を行うように構成されている操縦用制御装置を備えていることを特徴とする。なお、ここで「舵を取る」とは、舵を面舵又は取舵にすることをいう。また、ここで「並進」とは、船舶の船首方向が変化することなく、言い換えれば、船舶が回頭することなく、横方向や斜め前方向や斜め後方向に移動することをいう。また、左舷側推進器と右舷側推進器は固定ピッチプロペラや可変ピッチプロペラなどで構成することができる。
この構成によれば、一方の舷側側又は他方の舷側の片方の舵を取り、この片方の舵とは別の舵は当て舵のままとするだけで、並進及びその場回頭ができるので、制御のパラメータが、両舷の推進システムの推進力と一つの舵の舵角とになるので、比較的簡単な制御により操船可能となる。その結果、比較的簡単な操作により、船首スラスタを備えていなくても、船舶の回頭なしでの並進または、前進も後進もなしでのその場回頭ができるようになるので、著しく操縦性を向上することができ、定点位置保持や一定領域内における位置保持の自動操縦が著しく容易となる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記右舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記右舷側舵を面舵にして発生させる横方向力により船舶を左舷側に並進させる左舷側並進制御と、前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側前進力と右舷側後進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記左舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記左舷側舵を取舵にして発生させる横方向力により船舶を右舷側に並進させる右舷側並進制御とを行うように構成されていると、比較的簡単な操縦操作により、左舷側並進制御と右舷側並進制御とを行うことができる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさよりも前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを大きくするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記右舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記右舷側舵を面舵にして発生させる横方向力により船舶を左斜め前に並進させる左斜め前並進制御と、前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさを前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさよりも大きくするとともに、左舷側前進力と右舷側後進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記左舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記左舷側舵を取舵にして発生させる横方向力により船舶を右斜め前に並進させる右斜め前並進制御とを行うように構成されていると、比較的簡単な操縦操作により、左斜め前並進制御、右斜め前並進制御とを行うことができる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさよりも前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを小さくするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記右舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記右舷側舵を面舵にして発生させる横方向力により船舶を左斜め後に並進させる左斜め後並進制御と、前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさを前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさよりも小さくするとともに、左舷側前進力と右舷側後進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記左舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記左舷側舵を取舵にして発生させる横方向力により船舶を右斜め後に並進させる右斜め後並進制御とを行うように構成されていると、比較的簡単な操縦操作により、左斜め後並進制御と右斜め後並進制御とを行うことができる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントに前記右舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントを加えて船舶を上から見て反時計回りに回頭させるその場左回頭制御と、前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントに前記左舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントを加えて船舶を上から見て時計回りに回頭させるその場右回頭制御とを行うように構成されていると、比較的簡単な操縦操作により、その場右回頭制御とその場左回頭制御を行うことができる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、左舷側に離桟若しくは離船する左舷側離桟制御、または、右舷側に離桟若しくは離船する右舷側離桟制御、または、左舷側に着桟若しくは接船する左舷側着桟制御、または、右舷側に着桟若しくは接船する右舷側着桟制御、のいずれか一方又は両方を、前記並進制御若しくは前記回頭制御の少なくとも一方を用いて自動で行う離着桟自動制御モードを備えていると、桟橋や船舶から、容易に、離桟又は離船することができ、また、着桟又は接船の対象物から離れている距離から、容易に、その対象物に着桟又は接船することができる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、操船の入力装置として、ジョイスティック型の移動情報入力部とダイヤル型の旋回情報入力部を備えていると、非常に簡便なジョイスティック等で構成できる移動情報入力部と、ダイヤルなどで構成できる旋回情報入力部における比較的簡単な操縦操作の入力により、各種の操船を行うことができるようになる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、前記旋回情報入力部の入力が中立である場合で、前記移動情報入力部の入力が左舷方向のときには船舶を回頭なしで左舷側に移動させ、前記移動情報入力部の入力が左斜め前のときには船舶を回頭なしで左斜め前に移動させ、前記移動情報入力部の入力が左斜め後のときには船舶を回頭なしで左斜め後に移動させると共に、前記移動情報入力部の入力が右舷方向のときには船舶を回頭なしで右舷側に移動させ、前記移動情報入力部の入力が右斜め前のときには船舶を回頭なしで右斜め前に移動させ、前記移動情報入力部の入力が右斜め後のときには船舶を回頭なしで右斜め後に移動させるように構成されていると、移動情報入力部と旋回情報入力部における比較的簡単な操縦操作の入力により、各種の操船を容易に行うことができる。
上記の船舶の操縦システムにおいて、前記操縦用制御装置が、前記移動情報入力部の入力が中立である場合で、前記旋回情報入力部の入力が右舷方向の場合には船舶を前後移動なしでその場右回頭させると共に、前記旋回情報入力部の入力が左舷方向の場合には船舶を前後移動なしでその場左回頭させるように構成されていると、移動情報入力部と旋回情報入力部における比較的簡単な操縦操作の入力により、各種の操船を容易に行うことができる。
そして、上記のような目的を達成するための船舶は、上記の船舶の操縦システムを備えていることを特徴とし、上記の船舶の操縦システムの効果を発揮できる。
また、上記のような目的を達成するための船舶の操縦方法は、左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶の操縦方法において、一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力の差により船舶の前後方向の推進力を得ると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントを、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントで相殺することで、船舶の回頭を回避しながら、船舶を前記一方の舷側側に移動させることと、一方の舷側の推進システムの後進力を他方の舷側の推進システムの前進力で相殺することで、船舶の前後方向の推進力をゼロにすると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントと、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントの差により、船舶の旋回方向の回頭モーメントを得て、船舶の船首を前記一方の舷側側に向かってその場回頭させることとの少なくとも一方を行うことを特徴とする方法である。
この方法によれば、船首スラスタを備えていなくても、比較的簡単な操作により、船舶の回頭なしでの並進または、前進も後進もなしでのその場回頭ができるようになるので、著しく操縦性を向上することができ、定点位置保持や一定領域内における位置保持の自動操縦が著しく容易となる。
そして、上記のような各種制御による操船が可能になると、波や風や潮流がある海域においても、洋上で指定された位置やエリア内に自動的に留まる定点保持操船や、観測機器等が設置された特定地点から一定距離内に船位を保つ定領域内操船や、水中観測機器などに対して一定の距離を保って追従する定距離維持操船や、複数の船舶が並行して一定の距離を保ちつつ航行して観測や漁を行う並行航行操船や、入出港で桟橋に着桟したり、桟橋から離桟したりする際に、曳船等の支援を必要とせずに離着桟する離着桟の操船や、洋上で母船などに離着する離着船操船などを、移動情報入力部と旋回情報入力部の操作で容易に行うことができるようになり、これらの操船を必要とするような状況における操船者の負担を著しく軽減できるようになる。
本発明の船舶の操縦システム、船舶、及び船舶の操縦方法によれば、左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶の操縦システムにおいて、比較的簡単な操縦操作により、高度な操縦性を発揮できる。
本発明の実施の形態の船舶の操縦システム、及び船舶における構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態の船舶の操縦システムにおけるモードの構成を示す図である。 船舶の操縦システムの離着桟制御モードの構成を示す図である。 船舶の操縦システムの離着桟自動制御モードの構成を示す図である。 前進直進制御を説明するための図である。 左舷並進制御を説明するための図である。 右舷並進制御を説明するための図である。 左斜め前並進制御を説明するための図である。 右斜め前並進制御を説明するための図である。 左斜め後並進制御を説明するための図である。 右斜め後並進制御を説明するための図である。 その場右回頭制御を説明するための図である。 その場左回頭制御を説明するための図である。 左舷側離桟制御を説明するための図である。 右舷側離桟制御を説明するための図である。 左舷側着桟制御を説明するための図である。 右舷側着桟制御を説明するための図である。 連続左舷側着桟制御を説明するための図である。 連続右舷側着桟制御を説明するための図である。
以下、本発明に係る実施の形態の船舶の操縦システム、船舶、及び船舶の操縦方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、船首にバウスラスタを備えていない船舶を例にして説明するが、船首にバウスラスタを備えていても、水中音響機器などの使用時におけるバウスラスタ禁止時における操船操作にも使用することができるので、本発明は、必ずしも、バウスラスタを備えていない船舶に限定する必要は無く、バウスラスタを備えていてもよい。ここでは、バウスラスタを使用しない操船を扱っているが、バウスラスタの併用により、さらに操縦性能を向上することができる。
また、なお、ここで「舵を取る」とは、船舶に旋回力を発生しない当て舵の舵角をゼロにした場合に、このゼロの位置から舵角を変化させて、舵を船舶に対して上から見て時計回り方向の旋回力を発生する舵の取り方である面舵したり、又は、舵を船舶に対して上から見て反時計回り方向の旋回力を発生する舵の取り方である取舵にしたりすることをいう。
さらに、ここでの「並進」とは、船舶の船首方向が変化することなく、言い換えれば、船舶が変針することなく、横方向や斜め前方向や斜め後方向に移動することをいう。また、「前進力」、「後進力」には、それぞれ「前進力がゼロ」、「後進力がゼロ」の場合も含むものとする。
図1に示すように、この船舶1は、左舷側推進器2aと左舷側舵2bとからなる左舷側推進システム2と、右舷側推進器3aと右舷側舵3bとからなる右舷側推進システム3の2つの推進システム2、3を船尾に備えて構成する。この左舷側推進器2aと右舷側推進器3aの両方をプロペラで構成する。このプロペラは固定ピッチプロペラで構成してもよいが、可変ピッチプロペラで構成すると推力の変更が容易となるのでより好ましい。また、この入力装置20と操縦制御装置30を備えている。この入力装置20は、ジョイスティック等で構成される移動情報入力部21と、ダイヤル等で構成される旋回情報入力部22とを有して構成される。
また、操縦制御装置30は、移動情報入力部21からの傾倒方向(操船方向:船の移動方向)と、その方向におけるジョイスティックの傾斜角度の大きさの傾斜角度のデータと、旋回情報入力部22からのダイヤルの旋回方向とダイヤル角度のデータの他にも、GPS装置、ログ等からの船舶1の位置情報や速度情報、ジャイロ装置からの船首方位情報や、風向風速計からの情報、水中測位装置からの情報、レーダーからの情報、距離測定装置や測距通信装置などのからの情報などを入力して、左舷側推進器2aと右舷側推進器3aのそれぞれにおける前進又は後進の選択と、発生する推力の大きさの指令とを、それぞれの可変ピッチプロペラの制御装置2ac、3acに出力し、また、左舷側舵2bと右舷側舵3bの面舵と取舵の選択と、その舵角の大きさの指令とをそれぞれの舵取装置2bc、3bcに出力する。
つまり、この船舶の操縦システム10では、操船者が、操船のために入力装置20で移動情報入力部21と旋回情報入力部22を操作すると、操縦制御装置30は、この移動情報入力部21からの傾倒方向と傾斜角度のデータ、及び、旋回情報入力部22からのダイヤルの旋回方向とダイヤル角度のデータを受けて、推進器2a、3aと舵2b、3bを統合制御して、船舶の前進、後進、並進、斜め前並進、斜め後並進、その場回頭など操船を行う。
この船舶の操縦システム10は次のような制御手段を備えて構成される。つまり、図2に示すように、通常の周知の操船モードM11の他に離着桟制御モードM12と離着桟自動制御モードM13を備えている。
「操船モードM11」と、「離着桟制御モードM12、離着桟自動制御モードM13」では、この移動情報入力部21からの傾倒方向と傾斜角度のデータの操船上の意味と、旋回情報入力部22からのダイヤルの旋回方向とダイヤル角度のデータの操船上の意味は異ならせて、それぞれの制御モードに適した入力データの意味とする。これにより、データの入力部の数の増加を回避する。
そして、この「離着桟制御モードM12、離着桟自動制御モードM13」における「並進制御、斜め並進制御」では、移動情報入力部21の傾倒方向は、船舶1の並進移動させたい方向を意味し、移動情報入力部21の傾倒角度は、その並進移動のために発生する力の大きさを意味し、傾倒角度が大きい程、その並進移動のために発生する力を大きくする。
また、「その場旋回制御」では、旋回情報入力部22のダイヤルの旋回方向は、船舶1の旋回方向を意味し、旋回情報入力部22のダイヤル角度は、その旋回のために発生する旋回モーメントの大きさを意味し、ダイヤル角度が大きい程、その旋回のために発生する旋回モーメントを大きくする。
そして、図3に示すように、離着桟制御モードM12においては、前進直進制御手段11、左舷並進制御手段12aと右舷並進制御手段12bとからなる並進制御手段12、左斜め前並進制御手段13aと右斜め前並進制御手段13bとからなる斜め前並進制御手段13、左斜め後並進制御手段14aと右斜め後並進制御手段14bとからなる斜め後並進制御手段14、その場右回頭制御手段15aとその場左回頭制御手段15bとからなるその場回頭制御手段15などを備えている。
この離着桟制御モードM12の前進直進制御手段11は、図5に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が前方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロのときに、左舷側舵2bと右舷側舵3bの両方の舵角をゼロにする制御をして、左舷側推進器2aと右舷側推進器3aとが同じ前進力を発生して、左舷側推進システム2と右舷側推進システム3の両方が同じ前進力Ta、Tbの前進力Fxを発生する制御をして、前進する前進直進制御を行う手段である。この前進力Fxの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。この場合に、左舷側推進器2aと右舷側推進器3aで発生した水流Wは、左舷側舵2bと右舷側舵3bの舵面に沿って流れ、横方向の舵力は発生しない。
なお、舵角をゼロにする制御とは厳密にいえば、船舶1の前後方向に対する角度がゼロではなく、一般的には、船舶1が直進するように当て舵を取るので、この当て舵の角度をゼロとする。
また、並進制御手段12においては、左舷並進制御手段12aでは、図6に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が左舷方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロの角度(中立)のときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側後進力Taの大きさと右舷側推進システム3が発生する右舷側前進力Taの大きさを同じ大きさにする。
それと供に、左舷側後進力Taと右舷側前進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1を右舷側舵3bを面舵にして発生させる第2旋回モーメントM2で相殺して、右舷側舵3bを面舵にして発生させる横方向力Fyにより船舶1を左舷側に並進させる左舷側並進制御を行う。この場合に、右舷側推進器3aで発生した水流Wは面舵となっている右舷側舵3bの舵面に当たり、左舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。この横方向力Fyの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。
また、右舷並進制御手段12bでは、図7に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が右舷方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロの角度(中立)のときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側前進力Taの大きさと右舷側推進システム3が発生する右舷側後進力Tbの大きさを同じ大きさにする。
それと供に、左舷側前進力Taと右舷側後進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1を左舷側舵2bを取舵にして発生させる第2旋回モーメントM2で相殺して、左舷側舵2bを取舵にして発生させる横方向力Fyにより船舶1を右舷側に並進させる右舷並進制御を行う。この場合に、左舷側推進器2aで発生した水流Wは取舵となっている左舷側舵2bの舵面に当たり、右舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。この横方向力Fyの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。
そして、斜め前並進制御手段13においては、左斜め前並進制御手段13aでは、図8に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が左斜め前方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロの角度(中立)のときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側後進力Taの大きさよりも右舷側推進システム3が発生する右舷側前進力Taの大きさを大きくする。これにより、船舶1における前後方向の前進力Fxを得る。この前進力Fxの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。
それと共に、左舷側後進力Taと右舷側前進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1を右舷側舵3bを面舵にして発生させる第2旋回モーメントM2で相殺して、右舷側舵3bを面舵にして発生させる横方向力Fyにより、横方向力Fyを得る。この横方向力Fyと前進力Fxとの合成により、船舶1を左斜め前に並進させる左斜め前並進制御を行う。この場合に、右舷側推進器3aで発生した水流Wは面舵となっている右舷側舵3bの舵面に当たり、左舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。
また、右斜め前並進制御手段13bでは、図9に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が右斜め前方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロの角度(中立)のときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側前進力Taの大きさを右舷側推進システム3が発生する右舷側後進力Tbの大きさよりも大きくする。これにより、船舶1における前後方向の前進力Fxを得る。この前進力Fxの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。
それと共に、左舷側前進力Taと右舷側後進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1を左舷側舵2bを取舵にして発生させる第2旋回モーメントM2で相殺して、左舷側舵2bを取舵にして発生させる横方向力Fyにより、横方向力Fyを得る。この横方向力Fyと前進力Fxとの合成により、船舶1を右斜め前に並進させる右斜め前並進制御を行う。この場合に、左舷側推進器2aで発生した水流Wは取舵となっている左舷側舵2bの舵面に当たり、右舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。
そして、斜め後並進制御手段14においては、左斜め後並進制御手段14aでは、図10に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が左斜め後方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロの角度(中立)のときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側後進力Taの大きさよりも右舷側推進システム3が発生する右舷側前進力Taの大きさを小さくする。これにより、船舶1における前後方向の後進力Fxを得る。この後進力Fxの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。
それと共に、左舷側後進力Taと右舷側前進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1を右舷側舵3bを面舵にして発生させる第2旋回モーメントM2で相殺して、右舷側舵3bを面舵にして発生させる横方向力Yにより、横方向力Fyを得る。この横方向力Fyと後進力Fxとの合成により、船舶1を左斜め後に並進させる左斜め後並進制御を行う。この場合に、右舷側推進器3aで発生した水流Wは面舵となっている右舷側舵3bの舵面に当たり、左舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。
また、右斜め前並進制御手段13bでは、図11に示すように、移動情報入力部21の傾倒方向が右斜め後方向でかつ旋回情報入力部22の舵角がゼロの角度(中立)のときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側前進力Taの大きさを右舷側推進システム3が発生する右舷側後進力Tbの大きさよりも小さくする。これにより、船舶1における前後方向の後進力Fxを得る。この後進力Fxの大きさは、移動情報入力部21からの傾斜角度データが大きい程大きくする。
それと供に、左舷側前進力Taと右舷側後進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1を左舷側舵2bを取舵にして発生させる第2旋回モーメントM2で相殺して、左舷側舵2bを取舵にして発生させる横方向力Yにより、横方向力Fyを得る。この横方向力Fyと後進力Fxとの合成により、船舶1を右斜め後に並進させる右斜め後並進制御を行う。この場合に、左舷側推進器2aで発生した水流Wは取舵となっている左舷側舵2bの舵面に当たり、右舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。
そして、その場回頭制御手段15においては、その場右回頭制御手段15aでは、図12に示すように、移動情報入力部21の傾倒がゼロ(中立)でかつ旋回情報入力部22の舵角が右舷方向の角度であるときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側後進力Taの大きさと右舷側推進システム3が発生する右舷側前進力Tbの大きさを同じにする。
それと供に、左舷側後進力Taと右舷側前進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1に左舷側舵2bを面舵にして発生させる第2旋回モーメントM2を加えて、船舶1を上から見て時計回りに回頭させるその場右回頭制御を行う。この場合に、左舷側推進器2aで発生した水流Wは面舵となっている左舷側舵2bの舵面に当たり、左舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。この横方向力Fyの大きさは、旋回情報入力部22からの旋回力の大きさを示すダイヤル角度が大きい程大きくする。
また、その場左回頭制御手段15bでは、図13に示すように、移動情報入力部21の傾倒がゼロ(中立)でかつ旋回情報入力部22の舵角が左舷方向の角度であるときに、左舷側推進システム2が発生する左舷側前進力Taの大きさと右舷側推進システム3が発生する右舷側後進力Tbの大きさを同じにする。
それと供に、左舷側後進力Taと右舷側前進力Tbとにより発生する第1旋回モーメントM1に右舷側舵3bを取舵にして発生させる第2旋回モーメントM2を加えて、船舶を上から見て反時計回りに回頭させるその場左回頭制御を行う。この場合に、右舷側推進器3aで発生した水流Wは取舵となっている右舷側舵3bの舵面に当たり、右舷方向の成分Fyを持つ舵力を発生する。この横方向力Fyの大きさは、旋回情報入力部22からの旋回力の大きさを示すダイヤル角度が大きい程大きくする。
つまり、左舷並進制御、右舷並進制御、左斜め前並進制御、右斜め前並進制御、左斜め後並進制御、右斜め後並進制御の並進制御では、一方の舷側(左舷または右舷)の推進システム(2または3)の後進力(TaまたはTb)と他方の舷側(右舷または左舷)の推進システム(3または2)の前進力(TbまたはTa)の差により船舶1の前後方向の推進力Fxを得る。
それと共に、一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶1の旋回方向(反時計回りまたは時計回り)の第1旋回モーメントM1を、他方の舷側の推進システムの舵(右舷側舵または左舷側舵)を取ることで発生させる船舶1の旋回方向(時計回りまたは反時計回り)の第2旋回モーメントM2で相殺することで、船舶1の回頭を回避しながら、他方の舷側側の舵によって発生する横方向力Fyを発生さえて、船舶1を一方の舷側側に移動させる。
また、その場右回頭制御とその場左回頭制御のその場回頭制御では、一方の舷側(左舷または右舷)の推進システム(2または3)の後進力(TaまたはTb)を他方の舷側(右舷または左舷)の推進システム(3または2)の前進力(TbまたはTa)で相殺することで、船舶1の前後方向の推進力Fxをゼロにする。
それと共に、一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶1の旋回方向(時計回りまたは反時計回り)の第1旋回モーメントM1に、一方の舷側の推進システムの舵(左舷側舵または右舷側舵)を取ることで発生させる船舶の旋回方向(時計回りまたは反時計回り)の第2旋回モーメントM2を加えることにより、船舶1(時計回りまたは反時計回り)の旋回方向の回頭モーメント(M1+M2)を得て、船舶1の船首を他方の舷側の方向に向かって回頭させる。
〔請求項1の作用効果〕・・・並進、その場回頭
これらの構成によれば、一方の舷側側又は他方の舷側の片方の舵2b(3b)を取り、この片方の舵2b(3b)とは別の舵3b(2b)は当て舵のままとするだけで、並進及びその場回頭ができるので、制御のパラメータが、両舷の推進システム2、3の推進力Ta、Tbと一つの舵の舵角2b(3b)になるので、比較的簡単な制御による操船可能となる。その結果、比較的簡単な操作により、船首スラスタを備えていなくても、船舶1の回頭なしでの並進または、前進も後進もなしでのその場回頭ができるようになるので、著しく操縦性を向上することができ、定点位置保持や一定領域内における位置保持の自動操縦が著しく容易となる。
そして、図4に示すように、さらに、離着桟自動制御モードM13において、離桟自動制御モードM131では、左舷側離桟制御手段16aと右舷側離桟制御手段16bとからなる離桟制御手段16を備え、着桟自動制御モードM132では、左舷側着桟制御手段17aと右舷側着桟制御手段17bとからなる着桟制御手段17を備え、連続着桟自動制御モードM133において、連続左舷側着桟制御手段18aと連続右舷側着桟制御手段18bとからなる連続着桟制御手段18を備えている。
そして、この離桟自動制御モードM131を使用する場合においては、入力装置20に備えたスイッチ等で「離桟自動制御モード」を選択する。離桟制御手段16の左舷側離桟制御手段16aでは、図14に示すように、右舷並進制御手段12bによる右舷並進制御、又は、右斜め前並進制御手段13bによる右斜め前並進制御を用いて左舷側にある桟橋50(若しくは母船)から離桟(若しくは離船)する左舷側離桟制御を自動で行う。また、離桟制御手段16の右舷側離桟制御手段16bでは、図15に示すように、左舷並進制御手段12aによる左舷並進制御、又は、左斜め前並進制御手段13aによる左斜め前並進制御を用いて右舷側にある桟橋50(若しくは母船)から離桟(若しくは離船)する右舷側離桟制御を自動で行う。
そして、離桟制御手段16の左舷側離桟制御手段16a(若しくは右舷側離桟制御手段16b)により、前進しつつ桟橋50から離桟し、前進方向の距離と船舶1の舷側と桟橋50との間の離桟距離を算出しながら、これらの距離に見合った船舶1の速度を算出しながらその速度に増速して、図14に示すように右斜め前並進を行い、左舷側の桟橋50から離桟する。あるいは、図15に示すように左斜め前並進を行い、右舷側の桟橋50から離桟する。特に図示しないが、桟橋50の代わりに母船からに離船するときも同様である。
これらの操作を自動で行うことは、予め、熟練した操船者により移動情報入力部21と旋回情報入力部22とにより、船舶1の離桟操作(若しくは離船操作)をして、そのときのデータを記憶しておき、実際の離桟の操船時に離桟自動制御モードM131で再現し、さらに、その時の状況を学習しつつデータを更新することで容易に自動化することができる。
また、着桟自動制御モードM132においては、着桟制御手段17の左舷側着桟制御手段17aでは、図16に示すように、左斜め前並進制御手段13aによる左斜め前制御、又は、左舷並進制御手段12aによる左舷並進制御を用いて、左舷側に着桟(若しくは接船)する左舷側着桟制御を自動で行う。また、着桟制御手段17の右舷側着桟制御手段17bでは、図17に示すように、右斜め前並進制御手段13bによる右斜め前制御、又は、右舷並進制御手段12bによる右舷並進制御を用いて、右舷側に着桟(若しくは接船)する右舷側着桟制御を自動で行う。
この着桟自動制御モードM132を使用する場合には、桟橋50近傍において、入力装置20で「着桟自動制御モード」を選択し、桟橋50の着桟地点の前進方向の距離と着桟方向(船幅方向の)の離桟距離とを入力装置20に入力する。これらの着桟地点の前進方向の距離と着桟方向の離桟距離は、GPSによる自船の位置と、着桟地点との位置データを取り込んだり、入力したりすることで行うことができる。
そして、前進方向の距離と舷側からの離桟距離を算出しながら、あるいは、距離測定装置等により測定しながら、着桟地点までの距離に応じて、実験などにより予め設定されている速度を算出して、この速度に減速しつつ、図16に示すように、左斜め前並進と左舷並進を行い左舷側の桟橋50に着桟する。あるいは、図17に示すように、右斜め前並進と右舷並進を行い右舷側の桟橋50に着桟する。桟橋50の代わりに母船に接船するときも同様である。
これらの操作を自動で行うことは、予め、熟練した操船者により移動情報入力部21と旋回情報入力部22とにより、船舶1の着桟操作(若しくは接船操作)をして、そのときのデータを記憶しておき、実際の着桟の操船時に着桟自動制御モードM132で再現し、さらに、その時の状況を学習しつつデータを更新することで容易に自動化することができる。
また、連続着桟自動制御モードM133においては、連続着桟制御手段18の連続左舷側着桟制御手段18aでは、図18に示すように、操船モードM11の各種の周知の操船により、自動で、直進、前進左回頭、前進右回頭等の組み合わせで、着桟距離が、予め設定した距離になったときに、「着桟自動制御モード」に自動的に切り換えて、着桟自動制御モードM132の左舷側着桟制御手段17aを使用して自動的に着桟する。
また、連続着桟制御手段18の連続右舷側着桟制御手段18bでは、図19に示すように、操船モードM11の各種の周知の操船により、自動で、直進、前進左回頭、前進右回頭等の組み合わせで、着桟距離が、予め設定した距離になったときに、「着桟自動制御モード」に自動的に切り換えて、着桟自動制御モードM132の左舷側着桟制御手段17aを使用して自動的に着桟する。
この連続着桟自動制御モードM133を使用する場合には、桟橋50近傍において、入力装置20で「連続着桟自動制御モード」を選択し、桟橋50の着桟地点の前進方向の距離と着桟方向(船幅方向の)の離桟距離とを入力装置20に入力する。これらの着桟地点の前進方向の距離と着桟方向の離桟距離は、GPSによる自船の位置と、着岸地点との位置データを取り込んだり、入力したりすることで行うことができる。
そして、前進方向の距離と舷側からの離桟距離を算出しながら、あるいは、距離測定装置等により測定しながら、着桟地点までの距離に応じて、実験などにより予め設定されている速度を算出して、この速度に減速しつつ、図18に示すように、前進、左回頭、右回頭を必要応じて繰り返し行い、その後、「着桟自動制御モード」に入り、最後は左斜め前並進制御と左舷並進制御で左舷側の桟橋50に着桟する。あるいは、図19に示すように、前進、右回頭、左回頭を必要応じて繰り返し行い、その後、「着桟自動制御モード」に入り、最後は右斜め前並進制御と右舷並進制御で右舷側の桟橋50に着桟する。桟橋50の代わりに母船に接船するときも同様である。
これらの操作を自動で行うことは、予め、熟練した操船者により移動情報入力部21と旋回情報入力部22とにより、船舶1の連続着桟操作(若しくは連続接船操作)をして、そのときのデータを記憶しておき、実際の着桟の操船時に連続着桟自動制御モードM133で再現し、さらに、その時の状況を学習しつつデータを更新することで容易に自動化することができる。
そして、本発明の実施の形態の船舶1は、上記の船舶の操縦システム10を備えて構成される。従って、この船舶1は、上記の船舶の操縦システム10を使用して操船できるので、この船舶の操縦システム10で可能な操船を実施できる。
従って、上記の船舶の操縦システム10、船舶1、及び船舶の操縦方法によれば、左舷側推進器2aと左舷側舵2bとからなる左舷側推進システム2と、右舷側推進器3aと右舷側舵3bとからなる右舷側推進システム3の2つの推進システム2、3を船尾に備えている船舶1の操縦システム10において、比較的簡単な操縦操作の入力により、高度な操縦性を発揮できる。
1 船舶
2 左舷側推進システム
2a 左舷側推進器
2b 右舷側推進器
3 右舷側推進システム
3a 左舷側舵
3b 右舷側舵
10 船舶の操縦システム
11 前進直進制御手段
12 並進制御手段
12a 左舷並進制御手段
12b 右舷並進制御手段
13 斜め前並進制御手段
13a 左斜め前並進制御手段
13b 右斜め前並進制御手段
14 斜め後並進制御手段
14a 左斜め後並進制御手段
14b 右斜め後並進制御手段
15 その場回頭制御手段
15a その場右回頭制御手段
15b その場左回頭制御手段
16 離桟制御手段
16a 左舷側離桟制御手段
16b 右舷側離桟制御手段
17 着桟制御手段
17a 左舷側着桟制御手段
17b 右舷側着桟制御手段
18 連続着桟制御手段
18a 連続左舷側着桟制御手段
18b 連続右舷側着桟制御手段
20 入力装置
21 移動情報入力部(ジョイスティック)
22 旋回情報入力部(ダイヤル)
30 操縦制御装置
Fx 船舶の推進力(前進力、後進力)
Fy 横方向力
M11 操船モード
M12 離着桟制御モード
M13 離着桟自動制御モード
M131 離桟自動制御モード
M132 着桟自動制御モード
M133 連続着桟自動制御モード
Ta 左舷側推進システムの進力(前進力、後進力)
Tb 右舷側推進システムの進力(前進力、後進力)

Claims (11)

  1. 左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶の操縦システムにおいて、
    一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力の差により船舶の前後方向の推進力を得ると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントを、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントで相殺することで、船舶の回頭を回避しながら、船舶を前記一方の舷側側に移動させる並進制御と、
    一方の舷側の推進システムの後進力を他方の舷側の推進システムの前進力で相殺することで、船舶の前後方向の推進力をゼロにすると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と前記他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントに、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントを加えて、船舶の旋回方向の回頭モーメントを得て、船舶の船首を前記一方の舷側の方向に向かってその場回頭させるその場回頭制御との少なくとも一方の制御を行うように構成されている操縦用制御装置を備えていることを特徴とする船舶の操縦システム。
  2. 前記操縦用制御装置が、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記右舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記右舷側舵を面舵にして発生させる横方向力により船舶を左舷側に並進させる左舷側並進制御と、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側前進力と右舷側後進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記左舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記左舷側舵を取舵にして発生させる横方向力により船舶を右舷側に並進させる右舷側並進制御とを行うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の船舶の操縦システム。
  3. 前記操縦用制御装置が、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさよりも前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを大きくするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記右舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記右舷側舵を面舵にして発生させる横方向力により船舶を左斜め前に並進させる左斜め前並進制御と、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさを前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさよりも大きくするとともに、左舷側前進力と右舷側後進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記左舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記左舷側舵を取舵にして発生させる横方向力により船舶を右斜め前に並進させる右斜め前並進制御とを行うように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の船舶の操縦システム。
  4. 前記操縦用制御装置が、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさよりも前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを小さくするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記右舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モ
    ーメントで相殺して、前記右舷側舵を面舵にして発生させる横方向力により船舶を左斜め後に並進させる左斜め後並進制御と、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさを前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさよりも小さくするとともに、左舷側前進力と右舷側後進力とにより発生する第1旋回モーメントを前記左舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントで相殺して、前記左舷側舵を取舵にして発生させる横方向力により船舶を右斜め後に並進させる右斜め後並進制御とを行うように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の船舶の操縦システム。
  5. 前記操縦用制御装置が、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側後進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側前進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントに前記右舷側舵を取舵にして発生させる第2旋回モーメントを加えて船舶を上から見て反時計回りに回頭させるその場左回頭制御と、
    前記左舷側推進システムが発生する左舷側前進力の大きさと前記右舷側推進システムが発生する右舷側後進力の大きさを同じ大きさにするとともに、左舷側後進力と右舷側前進力とにより発生する第1旋回モーメントに前記左舷側舵を面舵にして発生させる第2旋回モーメントを加えて船舶を上から見て時計回りに回頭させるその場右回頭制御とを行うように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の船舶の操縦システム。
  6. 前記操縦用制御装置が、左舷側に離桟若しくは離船する左舷側離桟制御、または、右舷側に離桟若しくは離船する右舷側離桟制御、または、左舷側に着桟若しくは接船する左舷側着桟制御、または、右舷側に着桟若しくは接船する右舷側着桟制御、のいずれか一方又は両方を、前記並進制御若しくは前記その場回頭制御の少なくとも一方を用いて自動で行う離着桟自動制御モードを備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の船舶の操縦システム。
  7. 操船の入力装置として、ジョイスティック型の移動情報入力部とダイヤル型の旋回情報入力部を備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の船舶の操縦システム。
  8. 前記操縦用制御装置が、
    前記旋回情報入力部の入力が中立である場合で、
    前記移動情報入力部の入力が左舷方向のときには船舶を回頭なしで左舷側に移動させ、前記移動情報入力部の入力が左斜め前のときには船舶を回頭なしで左斜め前に移動させ、前記移動情報入力部の入力が左斜め後のときには船舶を回頭なしで左斜め後に移動させると共に、
    前記移動情報入力部の入力が右舷方向のときには船舶を回頭なしで右舷側に移動させ、前記移動情報入力部の入力が右斜め前のときには船舶を回頭なしで右斜め前に移動させ、前記移動情報入力部の入力が右斜め後のときには船舶を回頭なしで右斜め後に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の船舶の操縦システム。
  9. 前記操縦用制御装置が、
    前記移動情報入力部の入力が中立である場合で、
    前記旋回情報入力部の入力が右舷方向の場合には船舶を前後移動なしでその場右回頭させると共に、前記旋回情報入力部の入力が左舷方向の場合には船舶を前後移動なしでその場左回頭させるように構成されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の船舶の操縦システム。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の船舶の操縦システムを備えていることを特徴とする船舶。
  11. 左舷側推進器と左舷側舵とからなる左舷側推進システムと、右舷側推進器と右舷側舵とからなる右舷側推進システムの2つの推進システムを船尾に備えている船舶の操縦方法において、
    一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力の差により船舶の前後方向の推進力を得ると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントを、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントで相殺することで、船舶の回頭を回避しながら、船舶を前記一方の舷側側に移動させることと、
    一方の舷側の推進システムの後進力を他方の舷側の推進システムの前進力で相殺することで、船舶の前後方向の推進力をゼロにすると共に、前記一方の舷側の推進システムの後進力と他方の舷側の推進システムの前進力により発生する船舶の旋回方向の第1旋回モーメントと、前記他方の舷側の推進システムの舵を取ることで発生させる船舶の旋回方向の第2旋回モーメントの差により、船舶の旋回方向の回頭モーメントを得て、船舶の船首を前記一方の舷側側に向かってその場回頭させることとの少なくとも一方を行うことを特徴とする船舶の操縦方法。
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